Micro-sonecas para plantas: Acender as luzes e desligar pode economizar energia sem ferir colheitas de agricultura em recinto fechado

Micro-sonecas para plantas: Acender as luzes e desligar pode economizar energia sem ferir colheitas de agricultura em recinto fechado
Pulsos de luz seguidos por longos períodos escuros podem ajudar a tornar a produção agrícola interna mais sustentável. DutchScenery / Shutterstock.com

Uma chegada noturna no Aeroporto de Schiphol, em Amsterdã, leva você para o brilho rosa das estufas de hortaliças. Cultivo crescente sob luz artificial é ganhando impulso, particularmente em regiões onde os preços dos produtos podem ser altos durante as estações, quando a luz solar é escassa.

Holanda é apenas um país que adotou rapidamente agricultura de ambiente controlado, onde culturas especializadas de alto valor, como ervas, alfaces finas e tomates, são produzidas em estufas iluminadas durante todo o ano. Os defensores sugerem estes edifícios completamente fechados - ou fábricas de plantas - Poderia ser uma maneira de reaproveitar o espaço urbano, diminuir as milhas de comida e fornecer produtos locais para os moradores da cidade.

Um dos problemas centrais deste processo é a alto custo monetário de fornecimento de luz artificial, geralmente através de uma combinação de díodos emissores de luz vermelhos e azuis. Custos de energia às vezes excedem 25% do investimento operacional. Como podem os produtores, particularmente no mundo em desenvolvimento, competir quando o sol está livre? O uso mais elevado de energia também se traduz em mais emissões de carbono, em vez da menor pegada de carbono que as plantas cultivadas de forma sustentável podem fornecer.

Eu tenho estudou como a luz afeta o crescimento e o desenvolvimento das plantas por mais de 30 anos. Recentemente me vi pensando: ao invés de cultivar plantas sob um ciclo de repetição de um dia de luz e uma noite de escuridão, e se a mesma luz do dia fosse dividida em pulsos que duravam apenas horas, minutos ou segundos?

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Plantas de interior precisam de muita luz artificial. josefkubes / Shutterstock.com

Rajadas de luz e escuridão

Então meus colegas e eu desenhou uma experiência. Nós aplicamos a quantidade normal de luz no total, apenas dividimos em diferentes partes do tempo.

É claro que as plantas dependem da luz para a fotossíntese, o processo que na natureza usa a energia do sol para fundir dióxido de carbono e água em açúcares que alimentam o metabolismo das plantas. A luz também direciona o crescimento e o desenvolvimento através de seus sinais de dia e de noite, e o monkeying com esse fluxo de informações pode ter resultados desastrosos.

Isso porque quebrar algo bom em pequenos pedaços às vezes cria novos problemas. Imagine como você ficaria feliz em receber uma conta de US $ 100 - mas não tão empolgado com os centavos 10,000 equivalentes. Suspeitamos que o relógio interno de uma fábrica não aceitaria a mesma moeda luminosa quando dividido em denominações menores.

E é exatamente isso que nós demonstrado em nossos experimentos. Mudas de couve, nabo ou beterraba expostas a ciclos de 12 horas de luz, 12 horas escuras durante quatro dias cresceram normalmente, acumulando pigmentos e crescendo em tamanho. Quando diminuímos a frequência dos ciclos claro-escuro para 6 horas, 3 horas, 1 hora ou 30 minutos, as plantas se revoltaram. Nós entregamos a mesma quantidade de luz, apenas aplicada em pedaços de tamanhos diferentes, e as mudas não apreciaram o tratamento.

A mesma quantidade de luz aplicada em intervalos mais curtos ao longo do dia fez com que as plantas crescessem mais como se estivessem no escuro. Nós suspeitamos que os pulsos de luz entraram em conflito com relógio interno da plantae as mudas não tinham ideia de que hora do dia era. As hastes eram mais altas na tentativa de encontrar mais luz, e processos como a produção de pigmentos eram suspensos.

Mas quando aplicamos luz em rajadas muito mais curtas, algo notável aconteceu. As plantas crescidas sob ciclos de on / off de cinco segundos pareceram ser quase idênticas àquelas crescidas sob o período claro claro / escuro. É quase como se o relógio interno não pudesse começar corretamente quando o nascer do sol chega a cada cinco segundos, então as plantas não parecem se importar com um dia de poucos segundos.

Assim que nos preparamos para publicar, o colaborador de graduação Paul Kusuma descobriu que nossa descoberta não era tão nova. Logo percebemos que na verdade redescobrimos algo já conhecido pelos anos 88. Cientistas do Departamento de Agricultura dos EUA vi esse mesmo fenômeno em 1931 quando eles cultivavam plantas sob pulsos de luz de várias durações. Seu trabalho em plantas maduras corresponde ao que observamos em mudas com notável semelhança.

Micro-sonecas para plantas: Acender as luzes e desligar pode economizar energia sem ferir colheitas de agricultura em recinto fechado
Um estudo da 1931 por Garner e Allard rastreou o crescimento das flores do Yellow Cosmos sob pulsos de luz de várias durações.
J. Agri. Res. 42: National Agricultural Library, Serviço de Pesquisa Agrícola, Departamento de Agricultura dos EUA., CC BY-ND

Não só isso tudo foi uma recauchutagem de uma idéia antiga, mas pulsos de luz não economizam energia alguma. Cinco segundos ligados e desligados usam a mesma quantidade de energia que as luzes acesas por 12 horas; as luzes ainda estão acesas durante metade do dia.

Mas o que aconteceria se estendêssemos o período sombrio? Cinco segundos depois. Seis segundos de folga. Ou 10 segundos de folga. Ou 20 segundos de folga. Talvez 80 segundos de folga? Eles não tentaram isso no 1931.

Construindo em tempo de inatividade extra

Acontece que as plantas não se importam com o tempo de inatividade. Depois de aplicar a luz por cinco segundos para ativar a fotossíntese e os processos biológicos, como o acúmulo de pigmento, desligamos a luz para o 10, ou às vezes 20 segundos. Sob esses longos períodos de escuridão, as mudas cresciam tão bem quanto quando os períodos de luz e escuridão eram iguais. Se isso pudesse ser feito na escala de uma fazenda interna, isso poderia significar uma economia significativa de energia, pelo menos 30% e talvez mais.

O recente trabalho ainda a ser publicado em nosso laboratório mostrou que o mesmo conceito funciona em alfaces de folha; eles também não se importam com um tempo escuro prolongado entre os pulsos. Em alguns casos, as alfaces são verdes em vez de roxas e têm folhas maiores. Isso significa que um produtor pode produzir uma diversidade de produtos e com maior peso de produto comercializável, desligando as luzes.

Micro-sonecas para plantas: Acender as luzes e desligar pode economizar energia sem ferir colheitas de agricultura em recinto fechado
Uma variedade de alface ficou roxa quando recebeu um segundo período escuro de 10. Eles se parecem com aqueles que cresceram com um período escuro de cinco segundos, mas usam 33% menos energia. Estendendo o período escuro para 20 segundos produziu plantas verdes com mais biomassa. J. Feng, K. Folta

Aprender que as plantas podem ser cultivadas sob rajadas de luz em vez de iluminação contínua fornece uma maneira de reduzir potencialmente o dispendioso orçamento de energia da agricultura interna. Mais vegetais frescos poderiam ser cultivados com menos energia, tornando o processo mais sustentável. Meus colegas e eu achamos que essa inovação poderia ajudar a impulsionar novos negócios e alimentar mais pessoas - e fazê-lo com menos impacto ambiental.

Este artigo foi atualizado com uma legenda corrigida na fotografia das plantas cultivadas em 1931.A Conversação

Sobre o autor

Kevin M. Folta, professor de Ciências Hortícolas e Biologia Molecular e Celular Vegetal, University of Florida

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

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